KR102137241B1

KR102137241B1 - 광센서용 반도체 집적회로

Info

Publication number: KR102137241B1
Application number: KR1020140094655A
Authority: KR
Inventors: 유야 카와사키; 마르커스 오버라셔
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2020-07-24
Also published as: KR20150015380A; US20150036126A1; JP2015028455A; CN104344888B; CN104344888A; JP6347923B2; US9182276B2

Abstract

본 발명은 고정밀도로 시감도 보정을 행하는 광센서용 반도체 집적회로를 제공한다.
본 실시형태의 광센서용 반도체 집적회로는, 가시광선을 감쇠시키고 적외선을 투과하는 커버 부재(3)와 집광 렌즈(2)를 통해 주변광을 수광하고 수광 광량에 따라 시감도 보정을 행하고 상기 주변광의 조도를 검출하는 광센서용 반도체 집적회로(1)로서, 제1 분광 특성을 갖는 제1 수광 소자(21)와, 제2 분광 특성을 갖는 제2 수광소자(22)와, 상기 제1 수광소자(21)와 상기 제2 수광소자(22)의 출력에 따라 시감도 보정을 행하는 시감도 보정수단(30)을 포함하고, 상기 시감도 보정수단(30)은, 상기 제1 수광소자(21)의 출력과 상기 제2 수광소자(22)의 출력을 시분할로 AD 변환하는 AD 변환부(313)와, 상기 AD 변환부(313)에서 변환된 각 디지털 신호를 감산하는 연산부(318)를 포함한다.

Description

광센서용 반도체 집적회로{SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT FOR PHOTO SENSOR}

본 발명은 광 센서용 반도체 집적회로에 관한 것이다.

최근 휴대 전화나 스마트폰 등의 모바일 기기에는, 주변광에 따른 표시화면의 휘도 조정 및 시인성 향상, 또는 통화시의 전력 절감을 위해, 하나의 소형 패키지에 설치된 조도 센서 및 근접 센서가 탑재되어 있다. 이들 센서는 일반적으로 가시광을 대부분 차단하는 검은색 계통의 커버 유리 등의 커버 부재로 덮는다.

조도 센서의 분광특성은 시감도(視感度) 특성 (인간의 눈과 동일한 분광특성) 에 근접하지 않으면 안된다. 시감도 특성에 근접하기 위한 두 가지의 방법이 있다. 제1방법은 하나의 PD를 이용하여 광학 필터의 역할을 하는 특수 수지를 패키지에 씌우는 방법 또는 특수 필터의 역할을 하는 코팅재를 직접 PD에 바르는 방법이다. 제2 방법은 두 개의 PD를 이용하는 방법이다. 한 쪽의 PD는 가시광선 영역과 적외선 영역에 상대 감도를 가지고, 다른 쪽의 PD는 적외선 영역에만 상대 감도를 가진다. 시감도 특성에 근접하기 위해, 적외선 영역에만 상대 감도를 갖는 PD의 분광특성(측정값)을, 가시광선 영역과 적외선 영역에 상대 감도를 갖는 PD의 분광특성(측정값)에서 공제한다. 이 계산은, 센서 내부에서 자동으로 수행할 수는 없기 때문에, CPU등에 의해 계산할 필요가 있다. 계산식은 각각의 광원이 가지는 IR(적외선) 함유량에 따라 다르다.

두 방법으로도 일반적인 사용상태에 영향을 미치지 않을 정도로 적외선 영역에 아주 조금의 상대 감도가 남게 된다.

그러나, 많은 어플리케이션 (예를 들어 휴대 전화나 TV 등) 에서, 디자인상의 이유로, 조도 센서는 패널 등 커버 부재의 뒤에 배치된다. 패널 등은 가시광선 영역에서 매우 낮은 투과율을 가지며, 적외선 영역에서 매우 높은 투과율을 가진다. 이것은 센서 전체의 분광특성에 영향을 미친다. 왜냐하면, 패널 등의 뒤에 배치됨으로 인해, 조도 센서에 대해 많은 적외선이 입사하게 되기 때문이다. 이에 의해, 다른 광원을 사용하는 것과 마찬가지로 조도 센서 오검출을 일으킨다. IR 함유량이 낮은 광원 (예를 들어, 형광등, LED 등) 이라 해도 가시광선은 조금밖에 입사하지 않는다. 왜냐하면, 백 패널에 의해 가시 광선이 거의 차단되어 버리기 때문이다. 그러나, IR(적외선) 함유량이 높은 광원(예를 들어, 백열전구 등)에서는, 광량이 동일하다면, 적외선 영역의 측정값은 매우 높아지게 될 것이다. 왜냐하면, 패널 등에 의해 가시 광선이 대부분 차단되고, 또한 많은 적외선이 투과함에 의해, 적외선 광량 측정값의 증가를 초래하기 때문이다. 결과적으로, 광이나 백 라이트의 조정이 다른 광원 하에서 정확하게 이루어지지 않게 된다.

도 8 에 나타낸 바와 같이, 조도 센서용 PD의 분광특성은, 검은색 계통의 유리 등의 커버 부재로 덮는 경우, 검은색 계통의 커버 유리 등의 커버 부재로 덮지 않는 경우와 비교하여 적외선 영역에서의 상대 감도가 높아져서 결과적으로 오검출이 발생한다.

구체적으로는, 예를 들어 커런트 미러 회로를 통해 두 PD의 출력 전류를 감산하고, AD 컨버터에 의해 AD 변환하여 시감도 보정을 행하는 기술이 개시되어 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

그리고, 분광특성이 다른 2개의 포토 센서의 출력 전류를, 서로 다른 AD 컨버터로 AD 변환하고 디지털 연산을 수행하여 조도를 측정하는 기술이 개시되어 있다 (예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

미국 특허 제2012/0049048호 일본국 특허공개공보 특개2011-58853호

그러나, 커런트 미러 회로는 미소 전류에 대하여 정밀도를 확보하기 어렵기 때문에, 고정밀도의 시감도 보정을 하는 것이 어렵다. 그리고, 조도 센서용 PD의 출력 전류와 시감도 보정용 PD의 출력 전류를 서로 다른 AD 컨버터로 AD 변환하는 경우, AD 컨버터 간의 편차에 의해 변환후 디지털 신호 간에 변환 오차가 생기기 때문에, 고정밀도의 시감도 보정을 하는 것이 어렵다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 고정밀도의 시감도 보정을 행하는 광센서용 반도체 집적회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시형태의 광센서용 반도체 집적회로는, 가시광선을 감쇠시키고 적외선을 투과하는 커버 부재(3)와 집광 렌즈(2)를 통해 주변광을 수광하고 수광 광량에 따라 시감도 보정을 행하며 상기 주변광의 조도를 검출하는 광센서용 반도체 집적회로(1)로서, 제1 분광특성을 갖는 제1 수광소자(21)와, 제2 분광특성을 갖는 제2 수광소자(22)와, 상기 제1 수광소자 (21)및 상기 제2 수광소자 (22)의 출력에 따라 시감도 보정을 행하는 시감도 보정수단 (30)을 포함하고, 상기 시감도 보정수단(30)은, 상기 제1 수광소자(21)의 출력과 상기 제2 수광소자(22)의 출력을 시분할(時分割)로 AD 변환하는 AD 변환부(313)와, 상기 AD 변환부(313) 에서 변환된 각 디지털 신호를 감산하는 연산부(318)를 포함하는 것을 요건으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 광센서용 반도체 집적회로는 근접 센서를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 주변광을 수광하기 위한 광센서용 반도체 집적회로가 구비된다. 이 집적 회로는 수광 광량에 따라 시감도 보정을 행하여 주변광의 조도를 검출한다. 이 집적 회로는 근접 센서, 제1 수광소자(21), 제2 수광소자(22) 및 시감도 보정수단(30)을 포함한다. 제1 수광소자(21)는 제1 분광특성을 가진다. 제1 분광특성은 제1 파장에서 제1 최대 감도를 가진다. 제2 수광소자(22)는 제2 분광특성을 가진다. 제2 분광특성은 제2 파장에서 제2 최대 감도를 가진다. 제1 파장과 제2 파장은 서로 다르다. 시감도 보정수단(30)은 제1 수광소자(21)의 출력과 제2 수광소자(22)의 출력에 따라 시감도 보정을 행한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 시감도 보정수단(30)은 AD 변환부(313)와 연산부(318)를 포함한다. AD 변환부(313)는 제1 수광소자(21)의 출력과 제2 수광소자(22)의 출력을 시분할로 AD 변환한다. 연산부(318)는 AD 변환부(313)에서 변환된 각 디지털 신호를 감산한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 시감도 보정수단(30)은 곱셈기(316)와 보정계수 설정수단을 더 포함한다. 곱셈기(316)는 제2 수광소자(22)의 출력에 대응하는 디지털 신호를 보정계수에 곱한다. 보정계수 설정수단은 보정계수를 설정한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 제1 분광특성은 제1 파장을 갖는 제1 광을 투과하는 제1 필터(500)에 의해 얻어지고, 제2 분광특성은 제2 파장을 갖는 제2 광을 투과하는 제2 필터(501)에 의해 얻어진다.

본 발명의 일 실시형태에서, 제1 분광특성은 제1 파장을 갖는 가시광선을 투과하는 제1 필터(500)에 의해 얻어지고, 제2 분광특성은 제2 파장을 갖는 비가시광선을 투과하는 제2 필터(501)에 의해 얻어진다.

한편, 상기 괄호 안의 참조 부호는 이해를 쉽게 하기 위해 붙인 것으로서 일례에 지나지 않고, 도시된 양태에 한정되는 것이 아니다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 고정밀도의 시감도 보정을 행하는 광센서용 반도체 집적회로를 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 따른 광센서용 반도체 집적회로에 광이 입사하는 모습의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 광센서용 반도체 집적회로의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 수광 소자에서의 전압과 암전류와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시형태에 따른 광센서용 반도체 집적회로의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태에 따른 수광 소자에서의 파장과 상대 감도와의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시형태에 따른 AD 컨버터의 타이밍 차트의 일례이다.
도 7은 실시형태에 따른 AD 컨버터의 타이밍 차트의 다른 예이다.
도 8은 분광특성의 일례를 나타내는 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에 있어 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.

본 명세서에서 "상대 감도"란, 조도 센서용 수광 소자의 어느 파장에서의 감도 (최대감도) 를 100% 로 하여 정규화한 분광특성에서, 각각의 파장 (파장 400nm ~ 파장 1150nm) 에서의 감도를 의미한다. 그리고, 본 명세서에서 "평면 형상"이란, 대상물을 수광부(20) 표면(20s) 의 법선 방향에서 본 형상을 의미한다.

<광센서용 반도체 집적회로의 구성>

우선, 본 실시예에 따른 광센서용 반도체 집적회로 구성의 일 예와, 당해 광센서용 반도체 집적회로가 주변광을 수광하고 나서 조도를 검출할 때까지의 흐름을, 도 1을 이용하여 쉽게 설명한다.

광센서용 반도체 집적회로(1)는 수광부(20)와 시감도 보정수단(30)을 포함한다.

광 10 (주변광)은 커버 부재(3)와 집광 렌즈(2)를 통해 수광부(20)에 입사한다. 수광부 (20)는 동일 기판상에 형성되는 복수의 수광 소자를 포함한다. 각 수광 소자는 광전 변환부, 전극 등을 포함하고, 수광 광량에 따라 전류가 흐른다. 각 수광 소자로는, PN형 포토 다이오드, PIN형 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등을 이용할 수 있다. 또한, 각 수광 소자의 출력 전류는 pA 단위의 미약 전류이나, 본 발명의 당해 기술적 특징은 이에 한정되지 않는다.

광(11)은 수광부(20)의 표면(20s)에 대해 수직방향에서 입사하는 광 (이하, "직진광" 이라 함) 이며, 광(12)는 수광부(20)의 표면(20s)에 대해 비스듬히 입사하는 광 (이하, "경사광"이라 함) 이다.

커버 부재(3)는 수광부(20)를 감추는 부재로서 사용되기 때문에, 흑색 수지, 흑색 유리 등에 의해 형성된다. 커버 부재(3)는 가시광선을 감쇠시키고 (90 % 정도 차단) 적외선을 투과한다. 커버 부재(3)의 두께, 재질, 차광률 등을 적절히 조정하여 수광부 (20)가 수광하는 주변광의 광량을 변화시키는 것이 가능하다.

집광 렌즈(2)는 커버 부재(3)를 투과하는 광을 집광한다. 직진광이 입사하는 경우와 경사광이 입사하는 경우에, 수광부(20)에 집광하는 광의 위치는 서로 다르다. 어느 경우에도, 수광부 (20) 내에 형성되는 복수의 수광소자 간에 수광 광량의 편차는 적은 것이 바람직하다. 집광 렌즈 (2) 의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 볼록 렌즈나 원통형 렌즈, 또는 광학 소자들의 조합 등을 사용할 수 있다.

시감도 보정수단(30)은 조도센서용 수광소자 및 시감도 보정용 수광소자의 출력 전류를 동일한 AD 컨버터에서 교대로 AD 변환하여 연산처리함으로써, 시감도 보정을 행한다. 연산 처리로는, 조도센서용 수광소자의 출력전류에 대응하는 디지털 신호로부터, 보정 계수를 곱한 시감도 보정용 수광 소자의 출력 전류에 대응하는 디지털 신호를 감산한다. 시감도 보정수단(30)에 의해 고정밀도의 시감도 보정을 행하고 조도센서용 수광소자의 분광 특성을 시감도 특성에 근접시킴으로써, 광센서용 반도체 집적회로(1)의 오검출을 줄일 수 있다.

<수광부의 구성>

도 2(A)에, 본 실시형태에 따른 광센서용 반도체 집적회로(1)가 구비하는 수광부 (20) 의 구성의 일례를 나타낸다.

수광부 (20)는 제1 수광소자 (21)와 제2 수광소자 (22)와 제3 수광소자 (23)를 포함한다. 도 2 (A)에 나타낸 바와 같이, 제1 수광소자(21)는 조도센서용 수광소자이고, 제2 수광 소자(22)는 시감도 보정용 수광소자이고, 제3 수광소자(23)는 근접센서용 수광소자이다.

조도센서는, 제1 수광 소자(21)가 수광하는 주변광의 광량에 따라 주위의 밝기를 검출한다. 그리고, 근접 센서는, 제3 수광소자(23)가 수광하는 적외선 광량의 변화에 따라 물체의 접근을 검출한다. 근접 센서는 움직이는 물체에서 반사되는 미약한 적외선을 검출하기 때문에, 제3 수광소자(23)는 고감도로 설계되는 것이 바람직하다.

제1 수광소자(21)는 제1 분광특성을 가진다. 제1 분광특성은 가시광선 영역에서 높은 상대 감도를 가진다. 제1 분광특성은, 예를 들어 파장이 약 550nm 에서 최대 감도를 가지고, 파장이 약 800nm 에서 아주 조금의 상대 감도를 가진다.

도 2(B)에 나타낸 바와 같이, 제1 수광소자(21)를 덮도록 적외선 차단 필터 (제1 필터) 500 를 형성하는 것이 바람직하다. 적외선 차단 필터는 가시광선을 투과하고 적외선을 감쇠시킨다. 이 필터를 형성함으로써, 제1 분광특성에 있어 적외선 영역에서의 상대 감도를 낮게 할 수 있다.

제2 수광 소자 (22) 및 제3 수광 소자 (23)는 제2 분광특성을 가진다. 제2 분광특성은 적외선 영역에서 높은 상대 감도를 가진다.

도 2(C)에 나타낸 바와 같이, 제2 수광소자 (22) 및 제3 수광소자 (23)를 덮도록 가시광선 차단 필터 (제2 필터) 501 를 형성하는 것이 바람직하다. 가시광선 차단 필터는 적외선을 투과하고 가시광선을 감쇠시킨다. 이 필터를 형성함으로써, 제2 분광특성에 있어 가시광선 영역에서의 상대 감도를 더욱 낮게 할 수 있다.

또한, 제2 필터를 형성하는 경우, 제2 수광 소자 (22) 및 제3 수광 소자 (23)를 제2 필터로 동시에 덮을 수 있도록, 제2 수광소자 (22)와 제3 수광소자 (23) 를 인접하게 배치하는 것이 바람직하다. 다만, 수광 소자들의 배치 및 방향은 이에 한정되지 않는다.

<시감도 보정수단>

도 4에 본 실시형태에 따른 광센서용 반도체 집적회로(1)가 구비하는 시감도 보정수단(30)의 일례를 나타낸다.

시감도 보정수단(30)은, 스위치 회로(311), 스위치 회로(312), AD 컨버터(313), 제1 데시메이션 필터 314 (조도센서용), 제2 데시메이션 필터 315 (시감도 보정용), 곱셈기(316), 제어 회로(317), 덧셈기(318)를 포함한다.

시감도 보정수단(30)은 입력 신호 (24,25) 를, AD 컨버터(313)에 의해 시분할로 AD 변환하고, 데시메이션 필터(314,315)에 의해 솎아내고, 곱셈기(316) 및 덧셈기(318) 에 의해 연산처리하여, 출력 신호(170)를 출력한다.

스위치 회로(311)는, 제1 수광소자(21)로부터 오는 입력 신호(24)의 AD 컨버터(313) 로의 입력ㆍ비입력을 전환한다. 스위치 회로(311)의 ON,OFF 전환은 제어 회로(317)에 의해 제어된다. 예를 들어, 스위치 회로(311)가ON일 때, 입력 신호(24)는 AD 컨버터(313)에 입력된다.

스위치 회로(312)는 제2 수광소자(22)로부터 오는 입력 신호(25)의 AD 컨버터(313) 로의 입력ㆍ비입력을 전환한다. 스위치 회로(312)의 ON,OFF 전환은 제어 회로(317)에 의해 제어된다. 예를 들어, 스위치 회로(312)가ON일 때, 입력 신호(25)는 AD 컨버터(313)에 입력된다. 본 발명의 일 실시형태에서, 스위치 회로(312,314)는 각각 스위치 소자(S1,S2)일 수 있다

제어 회로(317)는 스위치 회로(311)의ON (OFF) 타이밍과 스위치 회로(312)의ON (OFF) 타이밍이 일치하지 않도록 각 스위치 회로를 제어한다(자세한 내용은 후술하는 타이밍 차트 참조).

AD 컨버터 313 (AD 변환부)는, 예를 들어 16 비트의 △Σ 형 AD 컨버터이고, △Σ 변조를 이용하여 AD 변환을 행한다. 구체적으로, AD 컨버터(313)는 스위치 회로 (311,312)의 ON, OFF의 전환 타이밍과 동기화하여, 입력 신호 (24,25) 를 AD 변환 하여 출력 신호 120 (디지털 신호) 를 생성한다. 바꿔 말하면, AD 컨버터 (313)는, 제1 수광소자(21)의 출력인 입력 신호(24)와 제2 수광소자(22)의 출력인 입력 신호(25)를 시분할로 AD 변환하여 출력 신호 120 (디지털 신호) 를 생성한다. 그리고, AD 컨버터 (313)는 출력 신호 (120)를 제1 데시메이션 필터 (314) 및 제2 데시메이션 필터 (315) 에 입력한다.

제1 데시메이션 필터(314)는 출력 신호(120)를 솎아내어 제1 수광소자 (21)의 출력 전류에 대응하는 신호 140 (디지털 신호) 를 생성한다. 그리고, 신호(140)를 연산부인 덧셈기(318)에 입력한다. 제2 데시메이션 필터 (315)는 출력 신호 (120) 를 솎아내어 제2 수광소자 (22)의 출력 전류에 대응하는 신호 150 (디지털 신호) 를 생성한다. 그리고, 신호(150)를 곱셈기(316)에 입력한다. 동일한 AD 컨버터에 의해 2 개의 입력 신호가 시분할로 AD 변환되므로, 신호 (140) 와 신호 (150) 간에 변환 오차가 거의 생기지 않는다. 또한, 데시메이션 필터에 의해 출력 신호(120)에 발생하는 노이즈 등을 제거할 수도 있다.

제1 데시메이션 필터 (314) 및 제2 데시메이션 필터 (315) 의 동작ㆍ비동작은 제어 회로(317)에 의해 제어된다.

곱셈기(316)는 보정 계수와 신호(150)를 곱하여 신호160 (디지털 신호) 를 생성한다. 또한, 곱셈기 (316) 에는 반전 회로(인버터)가 설치되므로, 신호(160)는 보정 계수를 곱한 신호 (150) 의 반전 신호가 된다.

덧셈기(318)는 신호(140)와 신호(160)를 더하여(실질적으로는 빼기) 출력신호170 (디지털 신호)를 생성한다.

즉, 조도센서용 수광소자인 제1 수광소자(21)의 출력전류에 대응하는 신호(140)로부터, 보정 계수를 곱한 시감도 보정용 수광소자인 제2 수광 소자 (22)의 출력전류에 대응하는 신호(160)를 감산한다. 이로써, 제1 수광소자(21)에 있어 적외선 영역에서의 상대 감도를 낮게 할 수 있다.

또한, 덧셈기(318)에 오프셋 입력부를 설치하여, 시감도 보정수단(30)에 의한 연산 처리에서는 암전류(暗電流)를 완전히 상쇄할 수 없는 경우 등에 있어 오프셋 입력부에서 오프셋을 입력하여 암전류를 상쇄할 수 있도록 할 수 있다.

곱셈기 (316) 및 덧셈기 (318) 에서의 연산 처리는 다음 식으로 나타낼 수 있다. (신호 140) - { (보정 계수) × (신호 150) { = (신호 160)}} = 출력 신호 170

또한, 시감도 보정수단 (30) 은, 보정 계수를 임의로 설정하는 보정계수 설정회로나, 설정된 보정 계수를 적절히 선택하는 보정계수 선택회로 등 (미도시) 을 구비할 수 있다. 이러한 회로를 이용하여 보정 계수를 조건에 맞게 적절히 조정하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 시감도 보정수단 (30) 을 소정의 인터페이스 (예를 들면, I²C 버스 등) 를 통해 CPU 등에 접속하여, CPU 등으로부터 보정 계수의 설정과 선택이 가능하도록 할 수 있다. 이 경우, CPU 등에 의해 보정계수 설정수단을 실현할 수 있다. 보정계수 설정수단은 소프트웨어에 의해 실현하여도 좋고, 하드웨어에 의해 실현하여도 좋고, 양자를 포함하는 것이어도 좋다.

도 5는, 보정 계수를 0, 4, 16, 24 로 변화시킨 경우에 있어 커버 부재(3)로 덮인 제1 수광소자(21)의 상대 감도와 파장과의 관계를 나타내는 그래프이다. 가로축은 파장[nm] (파장 400nm ~ 파장 1150nm), 세로축은 상대 감도[%]이다.

보정 계수가 커질수록, 적외선 영역에서의 상대 감도는 낮아지는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 파장이 800[nm]인 경우, 보정 계수 0 에서의 상대 감도는 약 25 %, 보정 계수 24 에서의 상대 감도는 약 6 % 이다.

즉, 보정 계수를 변화시킴으로써, 적외선 영역에서의 상대 감도를 제어할 수 있음을 알 수 있다. 수광소자 특성 등 조건에 따라 보정 계수를 적절하게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 베어 칩 (수광부 20가 커버 부재 3 에 의해 덮이지 않는) 에서의 제 1 수광소자(21)의 상대 감도는, 파장이 800[nm], 보정 계수가 0인 경우, 약 5%이다. 수광부(20)가 커버 부재(3)에 의해 덮임으로써, 적외선 영역에서의 상대 감도가 높아진다.

표 1에, 광원 및 보정 계수를 변화시킨 경우에 있어 검정 유리로 덮인 조도 센서의 출력값 (단위: count), 그리고 백열등을 사용한 경우의 측정 결과와 형광등을 사용한 경우의 측정 결과의 비율을 나타낸다.

광원으로는 형광등과 백열등을 사용하고 있다. 형광등은 적외선 함유량이 적은 광원이고, 백열등은 적외선 함유량이 많은 광원이다.

표 1에서, 보정 계수를 크게 할수록 적외선 함유량을 저감할 수 있고, 또한 형광등에 비해 백열등에서의 적외선 함유량의 저감량이 큰 것을 알 수 있다. 특히, 보정 계수가 24인 경우, 형광등과 백열등에 대한 출력의 비율은 약 1.0이 되어, 어느 광원을 사용하더라도 동등한 측정 결과를 얻을 수 있다.

이것은, 보정 계수를 크게 할수록, 검정 유리로 덮인 제1 수광 소자(21)의 분광 특성에 있어 적외선 영역에서의 상대 감도를 낮게 하여, 당해 분광 특성을 시감도 특성에 근접시킬 수 있음을 시사한다. 즉, 보정 계수를 제어함으로써, 검정 유리에 의한 악영향을 효과적으로 없앨 수 있음이 실증되었다.

<타이밍 차트>

도 6 과 도 7에, AD 컨버터(313)에서의 타이밍 차트를 나타낸다. 도 6은 AD 변환기간이 100[ms]인 경우의 타이밍 차트이다. 도 7은 AD 변환기간이 50[ms]인 경우의 타이밍 차트이다.

AD 컨버터 (313) 가 입력 신호(24) 또는 입력 신호(25)를 AD 변환하는 기간을 기간(T1) 으로 한다. AD 컨버터 (313) 가 입력 신호 (24)를 AD 변환하는 기간을 기간(T2)으로, 입력 신호(25)를 AD 변환하는 기간을 기간(T3)으로 한다. 기간(T1), 기간(T2), 기간(T3)은 임의로 설정할 수 있다.

도 6 과 도 7 에서 스위치 회로(311)가ON 인 타이밍과 스위치 회로 (312) 가ON 인 타이밍이 일치하지 않음을 알 수 있다. AD 컨버터 (313)는 스위치 회로(311) 가 ON 일 때 입력 신호(24)만을 AD 변환하고, 스위치 회로(312)가ON 일 때 입력 신호(25)만을 AD 변환한다. 즉, AD 컨버터 (313)는 입력 신호(24)와 입력 신호(25)를 시분할로 AD 변환한다.

기간(T1)이 100[ms]인 경우, 제어 회로(317)는, 예를 들어, 기간(T2) 및 기간(T3)을 50[ms]로 하여, 스위치 회로(311) 및 스위치 회로(312)의 ON, OFF 전환을 50[ms]마다 제어한다. 이 경우, AD 컨버터(313)는 입력 신호(24)와 입력 신호(25)를 50[ms]마다 교대로 1회 취해서 AD 변환하여, 조도센서용 디지털 신호를 1회, 시감도 보정용 디지털 신호를 1회 출력한다.

기간(T1)이 50[ms]인 경우, 제어 회로(317)는, 예를 들어, 기간(T2) 및 기간(T3)을 6.25[ms]로 하여, 스위치 회로(311) 및 스위치 회로(312)의 ON, OFF 전환을6.25[ms]마다 제어한다. 이 경우, AD 컨버터(313)는 입력 신호(24)와 입력 신호(25)를6.25[ms]마다 교대로 4회 취해서 AD 변환하여, 조도센서용 디지털 신호를 4회, 시감도 보정용 디지털 신호를 4회 출력한다. 입력 신호를 취하는 횟수와 출력 횟수를 늘리는 것으로, AC 전압원의 50/60Hz 주파수에 의한 형광등의 리플(광량의 요동)을 줄일 수 있다.

또한, 광센서용 반도체 집적회로에는, 근접센서용 적외선 LED 등을 구동하기 위한 LED 구동회로가 구비될 수 있다. 이 경우, LED 구동회로의 구동 타이밍은, 시감도 보정수단의 외부에 구비되는 제어회로에 의해, 근접센서용 수광소자인 제3 수광소자(23)의 출력전류에 대응하는 디지털 신호와 동기화하도록 제어된다. 따라서, 시감도 보정수단에서의 AD 변환 타이밍 (도 6 및 도 7 참조)과 LED 구동회로의 구동 타이밍은 별개로 제어된다.

이와 같이, 본 실시형태에 따른 시감도 보정수단에 의하면, 동일한 AD 컨버터를 이용하여 2개의 입력신호를 교대로 AD 변환하여 연산처리함으로써 시감도 보정을 행하기 때문에, 미소 전류에 대해서도 정밀도를 확보하기 쉽고, 고정밀도의 시감도 보정이 가능하다. 그 결과, 광센서용 반도체 집적회로의 검출 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 광센서용 반도체 집적회로는 휴대전화 또는 TV에 사용될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이러한 특정의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 실시형태의 요지의 범위 내에서 다양한 변형, 변경이 가능하다.

1 광센서용 반도체 집적회로
2 집광 렌즈
3 커버 부재
10 주변광
20 수광부
20S 수광부의 표면
21 제1 수광소자
22 제2 수광소자
23 제3 수광소자
24, 25, 120, 140, 150, 160, 170 신호
30 시감도 보정수단
311 스위치 회로
312 스위치 회로
313 AD 컨버터
314 제1 데시메이션 필터
315 제2 데시메이션 필터
316 곱셈기
317 제어 회로
318 덧셈기
500 적외선 차단 필터 (제1 필터)
501 가시광선 차단 필터 (제2 필터)
S1, S2 스위치 소자

Claims

가시광선을 감쇠시키고 적외선을 투과하는 커버 부재와 집광 렌즈를 통해 주변광을 수광하고, 수광 광량에 따라 시감도 보정을 행하여 상기 주변광의 조도를 검출하는 광센서용 반도체 집적회로로서,
제1 분광특성을 갖는 제1 수광소자와,
제2 분광특성을 갖는 제2 수광소자와,
상기 제1 수광소자와 상기 제2 수광소자의 출력에 따라 시감도 보정을 행하는 시감도 보정수단을 포함하고,
상기 시감도 보정수단은,
상기 제1 수광소자의 출력과 상기 제2 수광소자의 출력을 시분할로 AD 변환하는 AD 변환부와,
상기 AD 변환부에서 변환된 각 디지털 신호를 감산하는 연산부와,
상기 연산부에 오프셋을 입력하는 오프셋 입력부를 포함하는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
제1항에 있어서,
상기 제1 분광특성은 가시광선을 투과하는 제1 필터에 의해 얻어지고,
상기 제2 분광특성은 적외선을 투과하는 제2 필터에 의해 얻어지는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 시감도 보정수단은,
상기 제2 수광소자의 출력에 대응하는 상기 디지털 신호에 보정 계수를 곱하는 곱셈기와,
상기 보정 계수를 설정하는 보정계수 설정수단을 포함하는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
제1항 또는 제2항에 있어서, 근접 센서를 더 포함하는 광센서용 반도체 집적회로.
수광 광량에 따라 시감도 보정을 행하여 주변광의 조도를 검출하는, 주변광을 수광하기 위한 광센서용 반도체 집적회로로서,
근접 센서와,
제1 파장에서 제1 최대감도를 갖는 제1 분광특성을 가지는 제1 수광소자와,
상기 제1 파장과 다른 제2 파장에서 제2 최대감도를 갖는 제2 분광특성을 가지는 제2 수광소자와,
상기 제1 수광소자의 출력과 상기 제2 수광소자의 출력에 따라 시감도 보정을 행하는 시감도 보정수단을 포함하고,
상기 시감도 보정수단은,
상기 제1 수광소자의 출력과 상기 제2 수광소자의 출력을 시분할로 AD 변환하는 AD 변환부와,
상기 AD 변환부에서 변환된 각 디지털 신호를 감산하는 연산부와,
상기 연산부에 오프셋을 입력하는 오프셋 입력부를 포함하는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
제5항에 있어서,
상기 시감도 보정수단은,
상기 제2 수광소자의 출력에 대응하는 디지털 신호에 보정 계수를 곱하는 곱셈기와,
상기 보정 계수를 설정하는 보정계수 설정수단을 포함하는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
제5항에 있어서,
상기 제1 분광특성은 상기 제1 파장을 갖는 제1 광을 투과하는 제1 필터에 의해 얻어지고,
상기 제2 분광특성은 상기 제2 파장을 갖는 제2 광을 투과하는 제2 필터에 의해 얻어지는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
제5항에 있어서,
상기 제1 분광특성은 상기 제1 파장을 갖는 가시광선을 투과하는 제1 필터에 의해 얻어지고,
상기 제2 분광특성은 상기 제2 파장을 갖는 비가시광선을 투과하는 제2 필터에 의해 얻어지는 것인 광센서용 반도체 집적회로.
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